(57)【要約】【課題】部品点数を削減して製造コストを低減させると共に、装置全体の小型・軽量化を図ることにある。【解決手段】本体部１２と、行列状に配置され、上下方向に沿って変位自在に設けられた複数の可動鉄心１４と、前記各々の可動鉄心１４を囲繞するコイル２８と、前記複数の可動鉄心１４に共通に使用される平板状の単一の永久磁石２４と、前記可動鉄心１４に係着され、前記可動鉄心１４を前記本体部１２から離間する方向に向かって付勢するコイルスプリング３６とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部と、
前記本体部の所定位置に整列配置され、同一方向に沿って変位自在に設けられた複数の可動軸と、
前記本体部に設けられ、前記各々の可動軸を囲繞する電磁コイルと、
前記本体部に設けられ、前記複数の可動軸に共通に使用される単一の永久磁石と、
前記可動軸に係着され、前記可動軸を前記本体部から離間する方向に付勢するばね部材と、
を備えることを特徴とする多軸電磁アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載の多軸電磁アクチュエータにおいて、
前記複数の可動軸は、行列状又は千鳥状に配置されることを特徴とする多軸電磁アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１記載の多軸電磁アクチュエータにおいて、
前記本体部は、一端面を形成する平板状のアッパーヨークと、他端面を形成する平板状のボトムヨークと、前記ボトムヨークからアッパーヨーク側に向かって順次積層される、プリント基板、センタヨーク及び永久磁石とを有し、前記永久磁石は、アッパーヨークとセンタヨークとの間に介装される一体的な平板状のプレートからなることを特徴とする多軸電磁アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１記載の多軸電磁アクチュエータにおいて、
前記各可動軸は、電磁コイルに対する通電方向を正逆切り換えることにより、相互に反対の一方の方向と他方の方向にそれぞれ変位するように設けられることを特徴とする多軸電磁アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１記載の多軸電磁アクチュエータにおいて、
前記電磁コイルは、１行毎及び１列毎に配置された複数の可動軸をそれぞれ囲繞する長円状に配置されることを特徴とする多軸電磁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、並設された複数の可動軸の中から任意の可動軸を変位させることにより、例えば、曲面形状をした表面を有するワーク等を好適に支持することが可能な多軸電磁アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車の車体や各種機械のケーシングのような２次元的又は３次元的に湾曲する表面形状を有するワークを塗装したり、溶接したり、洗浄したり、あるいは組み立てたりする各種処理工程においては、これらのワークを何らかの支持手段を用いて複数点で支持する必要がある。
【０００３】
この場合、前記ワークは、通常、薄くて変形し易いプラスチックや金属板等で形成されていることから、点接触による支持ではその部分に傷や変形等を生じ易く、そのため、支持手段をできるだけ広い面積でワークに接触させることが必要となる。
【０００４】
ところが、前記支持手段で支持すべきワークの表面形状は、常に一定であるとは限らず、様々な表面形状を持ったワークを支持しなければならない。しかも、同じワークであっても支持点によって表面形状が異なる場合も多く、従って、特定の表面形状に合わせて支持手段の接触面積を大きくすると、この支持手段を異なる表面形状を持った他のワークの支持や他の支持点での支持に共通に使用することができなくなるという問題がある。
【０００５】
そこで、本出願人は、前記問題を解決するために、複数の支持シャフトの中の任意の支持シャフトを流体圧で駆動させ、ワークを複数の支持シャフトによって同一の接触圧で好適に支持することが可能な多軸アクチュエータを提案している（特許文献１参照）。
【０００６】
また、この種の従来技術に係る多軸アクチュエータとして、特許文献２には、ソレノイドの作用下に所望の点字ピンを駆動させる構成が開示され、特許文献３には、光駆動型アクチュエータにより所望の点字ピンを駆動させる構成が開示され、特許文献４には、形状記憶合金コイルを用いて所望の点字ピンを駆動させる構成が開示されている。
【０００７】
前記電磁方式を採用した特許文献２には、電磁石の鉄心と、これの両端に対向配置した２つの永久磁石との間に発生する磁気的な反発力と吸引力との合力により、一方の永久磁石を前記鉄心の一端に吸着したときに、この永久磁石と連動して点字ピンを触知位置に移動させ、一方、前記合力により、他方の永久磁石を鉄心の他端に吸着したときに、この永久磁石と連動して点字ピンを非触知位置に移動させる構成が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１３５０６号公報
【特許文献２】特開平１０−３４００４３号公報
【特許文献３】特開平１０−７４０３９号公報
【特許文献４】特開２００１−２６５２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、複数の可動軸を電磁（ソレノイド）式によって駆動させる構成を採用した場合、特許文献２では、１本の点字ピンを２つの永久磁石によって駆動させており、前記点字ピンの数を増大させるにつれて、点字ピンの数の２倍に相当する個数の永久磁石が必要となる。
【００１０】
仮に、復帰スプリング等を用いて、１本の点字ピンを単数の永久磁石で駆動した場合であっても、可動軸である点字ピンの個数と同等の永久磁石が必要となる。
【００１１】
従って、部品点数が多くなり製造コストが高騰すると共に、装置全体が大型化するという問題がある。
【００１２】
本発明は、前記の問題を考慮してなされたものであり、部品点数を削減して製造コストを低減させると共に、装置全体の小型・軽量化を図ることが可能な多軸電磁アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するために、本発明は、本体部と、
前記本体部の所定位置に整列配置され、同一方向に沿って変位自在に設けられた複数の可動軸と、
前記本体部に設けられ、前記各々の可動軸を囲繞する電磁コイルと、
前記本体部に設けられ、前記複数の可動軸に共通に使用される単一の永久磁石と、
前記可動軸に係着され、前記可動軸を前記本体部から離間する方向に付勢するばね部材と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
この場合、前記複数の可動軸を、行列状又は千鳥状に配置するとよい。
【００１５】
また、前記本体部は、一端面を形成する平板状のアッパーヨークと、他端面を形成する平板状のボトムヨークと、前記ボトムヨークからアッパーヨーク側に向かって順次積層される、プリント基板、センタヨーク及び永久磁石とを有し、前記永久磁石を、アッパーヨークとセンタヨークとの間に介装される一体的な平板状のプレートによって形成するとよい。
【００１６】
さらに、電磁コイルに対する通電方向を正逆切り換えることにより、各可動軸は、相互に反対の一方の方向と他方の方向にそれぞれ変位するように設けられ、電磁コイルの個数が抑制される。
【００１７】
なお、前記電磁コイルを、１行毎及び１列毎に配置された複数の可動軸をそれぞれ囲繞する長円状に配置することにより、電磁コイルの個数が抑制される。
【００１８】
本発明によれば、複数の可動軸により共通化して使用される一体的なプレート状からなる単一の永久磁石を用いることにより、個々の可動軸毎の複数の永久磁石が不要となり、部品点数を削減して製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００２０】
すなわち、複数の可動軸に対する個々の永久磁石を設ける必要がなく、複数の可動軸に共通に使用される単一の永久磁石を設けることにより、部品点数を削減して製造コストを低減させると共に、装置全体の小型・軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る多軸電磁アクチュエータについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２２】
図１において参照数字１０は、本発明の実施の形態に係る多軸電磁アクチュエータを示す。
【００２３】
この多軸電磁アクチュエータ１０は、平面視して略正方形の板状に形成され（図２参照）、図示しない基台等に固定される本体部１２と、前記本体部１２に形成された孔部内に挿入され、後述するソレノイドの励磁作用下に上下方向に向かって所定長だけ変位自在に設けられた複数の可動鉄心１４とを有する。
【００２４】
なお、複数の可動鉄心１４は、本体部１２に対して、図２に示されるように、例えば、縦横が４行４列の行列（Matrix）状に配置され、あるいは、図６に示されるように、隣接する行との間で斜めに互い違いとなる千鳥状に配置されるとよい。千鳥状に配置した場合、同一の面積内においてより多くの可動鉄心１４を配置することができる利点がある。
【００２５】
また、前記本体部１２の寸法は、図２に示されるように、縦横がそれぞれ約３０（ｍｍ）からなる正方形に形成されているが、これに限定されるものでなく、所望の寸法に設定するとよい。
【００２６】
前記本体部１２は、図４に示されるように、その上面（一端面）を形成する薄肉平板状のアッパーヨーク１６と、その下面（他端面）を形成する薄肉平板状のボトムヨーク１８と、前記ボトムヨーク１８からアッパーヨーク１６側に向かって順次積層される、プリント基板２０、センタヨーク２２、永久磁石２４とを有する。
【００２７】
この場合、前記アッパーヨーク１６、センタヨーク２２及びボトムヨーク１８は、例えば、ＳＰＣＣ等の金属製材料（磁性材料）によってそれぞれ形成され、永久磁石２４は、例えば、フェライトによって形成され、プリント基板２０は、例えば、エポキシ樹脂によって形成されるとよい。
【００２８】
前記アッパーヨーク１６には、縦横等間隔の行列に配置された円形状の複数の孔部２６が形成され、前記孔部２６には、樹脂製材料からなり外周面にコイル（電磁コイル）２８が巻回された円筒状のカラー部材３０が装着される。
【００２９】
なお、可動鉄心１４及びコイル２８は、本実施の形態ではその横断面が円形状に形成されているが、これに限定されるものではなく、軸線と直交する横断面が長円状に形成されてもよい。可動鉄心１４及びコイル２８を横断面長円状に形成した場合、本体部１２の短軸方向の寸法を抑制して小型・軽量化を達成することができる利点がある。
【００３０】
前記永久磁石２４及びセンタヨーク２２は、図５に示されるように、複数の可動鉄心１４により共通化して使用される一体的な薄肉平板からなり、コイル２８が巻回されたカラー部材３０の径に対応する円形状の複数の孔部３２が形成される。前記アッパーヨーク１６、永久磁石２４及びセンタヨーク２２に形成された円形状の複数の孔部２６、３２は、可動鉄心１４の配置に対応して縦横同列の行列状、あるいは千鳥状に配置される。
【００３１】
カラー部材３０の孔部３４内には、断面略Ｔ字状に形成され可動軸として機能する可動鉄心１４が所定のクリアリングを介して変位自在に挿入される。前記可動鉄心１４の端部に形成された環状突起部１４ａとカラー部材３０のフランジ部３０ａとの間には、コイルスプリング（ばね部材）３６が介装される。前記コイルスプリング３６のばね力によって可動鉄心１４は、常時、上方に向かって変位するように付勢されている。
【００３２】
なお、可動鉄心１４を上方に向かって付勢するコイルスプリング３６は、図７に示されるように、可動鉄心１４の先端部に形成された凹部３８内に装着され、前記凹部３８の壁面とボトムヨーク１８の壁面との間に介装されるようにしてもよい。
【００３３】
前記可動鉄心１４は、例えば、ＳＳ４００等の金属製材料（磁性材料）によって形成されるとよい。
【００３４】
本発明の実施の形態に係る多軸電磁アクチュエータ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００３５】
先ず、図８に示されるように、初期状態では、コイル２８に対して電流が流れていないオフ状態において、永久磁石２４の吸引力（ＦM）がコイルスプリング３６のばね力（ＦS）に打ち勝つことにより（ＦM＞ＦS）、可動鉄心１４がコイル２８の下方側に保持されている。
【００３６】
また、図１４は、可動鉄心１４の位置と、前記可動鉄心１４に作用する吸引力（ＦM）・ばね力（ＦS）（上向き又は下向き）との関係からなる推力特性を示したのものであり、図８に示す初期状態では推力特性のＡ部となる。
【００３７】
このような初期状態において、図示しない電源を付勢してコイル２８の所定方向に電流が流れたオン状態にする。この場合、図９に示されるように、永久磁石２４によって発生する磁界の向きとコイル２８を流れる電流によって発生する磁界の向きとが逆方向となるため、コイル電流によって発生する力（ＦC）は、永久磁石２４の吸引力（ＦM）を弱めるように作用する（推力特性のＢ部参照）。
【００３８】
すなわち、コイル電流によって発生する磁界による力（ＦC）によって減殺された永久磁石２４の吸引力（ＦM）、換言すると、永久磁石２４の吸引力（ＦM）からコイル電流によって発生する磁界による力（ＦC）を引いた力は、コイルスプリング３６のばね力（ＦS）よりも小さくなる（ＦM−ＦC＜ＦS）。
【００３９】
コイル２８に通電して永久磁石２４の吸引力（ＦM）が減殺されて弱められ、前記永久磁石２４の吸引力（ＦM）に対してコイルスプリング３６のばね力（ＦS）が打ち勝つことにより、図１０に示されるように、可動鉄心１４が上方に向かって変位し（推力特性のＣ部参照）、図示しないストッパに当接することにより前記可動鉄心１４の変位量が規制される。なお、可動鉄心１４の変位量は、図３に示されるように、例えば、約３（ｍｍ）程度に設定される。
【００４０】
次に、可動鉄心１４が図示しないストッパに当接する位置まで変位した後、図１１に示されるように、コイル２８に対する通電を停止してオフ状態とすることにより、コイルスプリング３６のばね力（ＦS）によって可動鉄心１４がその位置で停止した自己保持状態となる（推力特性のＤ部参照）。
【００４１】
図１１に示す自己保持状態では、可動鉄心１４が上方に所定量だけ変位することにより、永久磁石２４の吸引力（ＦM）に対してコイルスプリング３６のばね力（ＦS）が打ち勝った状態に保持されるからである（ＦM＜ＦS）。
【００４２】
可動鉄心１４を図示しないストッパに当接した位置から初期状態に復帰させるためには、図１２に示されるように、電流の極性を前記とは逆転させてコイル２８に対する通電方向を前記とは反対方向とする。
【００４３】
この場合、永久磁石２４によって発生する磁界の向きとコイル２８を流れる電流によって発生する磁界の向きとが同方向となるため、コイル電流によって発生する磁界の力（ＦC）は、永久磁石２４の吸引力（ＦM）を強める方向に作用する（推力特性のＥ部参照）。永久磁石２４の吸引力（ＦM）に対してコイル電流によって発生する磁界の力（ＦC）が加算され、この加算された力がコイルスプリング３６のばね力（ＦS）よりも大きくなる（ＦM＋ＦC＞ＦS）。
【００４４】
従って、図１３に示されるように、可動鉄心１４が図示しないストッパに当接した位置から下方側に向かって変位し（推力特性のＦ部参照）、図８に示す初期状態に復帰する。
【００４５】
本実施の形態では、複数の可動鉄心１４により共通化して使用される一体的な薄肉平板からなる単一の永久磁石２４及びセンタヨーク２２を用いることにより、個々の可動鉄心１４毎の複数の永久磁石及びセンタヨークが不要となり、部品点数を削減して製造コストを低減することができると共に、装置全体の小型・軽量化を図ることができる。
【００４６】
次に、多軸電磁アクチュエータ１０の回路構成図を図１５に示す。なお、前記回路構成図では、コイル２８ａ〜２８ｐの数を１６個として便宜上説明する。
【００４７】
図１５において、ＤＣ５Ｖの電圧線と接地線（ＧＮＤ）との間で、直列に接続された一組のトランジスタ（Ｔｒ）が複数並列に接続される。並列に接続された一組のトランジスタ（Ｔｒ）の間には、可動鉄心１４を囲繞する各コイル２８ａ〜２８ｐがプリント基板２０を介してそれぞれ電気的に接続される。
【００４８】
トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３４は、電流をオン／オフするスイッチング素子として機能するものであり、コイル数の２倍に２個だけ加算された数が配設される。
【００４９】
前記多軸電磁アクチュエータ１０では、プリント基板２０に対して、電源電圧端子（例えば、ＤＣ５Ｖ、ＧＮＤ）と、可動鉄心１４を動作させる／動作させないというイネーブル信号が入力されるイネーブル信号端子と、可動鉄心１４を上方に向かって押し出し、又は該可動鉄心１４を下方に向かって引き込むという可動鉄心１４の変位方向の信号が入力される駆動方向端子と、例えば、４ｂｉｔとしたときに、何番目のコイル２８ａ（２８ｂ〜２８ｐ）を通電するかを特定する４個の通電コイル番号信号端子とからなる合計８本の端子がそれぞれ接続される。
【００５０】
例えば、第１番目の可動鉄心１４を囲繞するコイル２８ａを引き込む指令信号が入力された場合、論理回路によってトランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ４がオン状態となり、コイル２８ａに対し電流が図１５中の向かって右側の方向に流れる。
【００５１】
これに対し、例えば、第１番目の可動鉄心１４を囲繞するコイル２８ａを押し出す指令信号が入力された場合、論理回路によってトランジスタＴｒ２とトランジスタＴｒ３がオン状態となり、コイル２８ａには前記とは逆向き（図１５中の向かって左側の方向）に電流が流れる。このように特定されたコイル２８ａ（２８ｂ〜２８ｃ）に対して流れる電流を２方向に切り換えるバイポーラ駆動方式を採用することにより、コイル数を可動軸である可動鉄心１４と同数に設定することができる。従って、配線（端子数）を削減することにより、配線作業を簡便化してコストを低減化させることができる。
【００５２】
なお、図１６に示されるように、例えば、横１行及び縦１列にそれぞれ４個配設された可動鉄心１４を略長円状からなる共通する１つのコイル４０ａによって囲繞し、例えば、横第１行〜第４行及び縦第１列〜第４列からなる複数のコイル４０ａ〜４０ｈを配設することにより、コイル数を低減させることができる。
【００５３】
この場合、例えば、第１行のコイル４０ａと第１列のコイル４０ｅとをそれぞれ通電することにより、第１行第１列によって特定された可動鉄心１４ａｅのみを励磁して変位させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態に係る多軸電磁アクチュエータの斜視図である。
【図２】図１に示す多軸電磁アクチュエータの平面図である。
【図３】図１に示す多軸電磁アクチュエータの側面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿った縦断面図である。
【図５】図１に示す多軸電磁アクチュエータを構成する永久磁石の斜視図である。
【図６】本体部に可動鉄心を千鳥状に配置した変形例を示す平面図である。
【図７】可動鉄心の先端部とボトムヨークとの間にコイルスプリングを配設した変形例を示す一部省略縦断面図である。
【図８】コイルの非通電状態において、永久磁石の吸引力によって固定鉄心が保持された初期状態を示す一部省略縦断面図である。
【図９】前記初期状態において、コイルに対して通電した状態を示す一部省略縦断面図である。
【図１０】永久磁石の吸引力が弱められてコイルスプリングのばね力が打ち勝つことにより、可動鉄心が上方に向かって変位した状態を示す一部省略縦断面図である。
【図１１】可動鉄心が変位した後、コイルの非通電状態において自己保持された状態を示す一部省略縦断面図である。
【図１２】図９とは反対方向にコイルに電流を流した状態を示す一部省略縦断面図である。
【図１３】図１２の状態から可動鉄心が下方側に向かって変位した状態を示す一部省略縦断面図である。
【図１４】可動鉄心の位置と、前記可動鉄心に作用する吸引力（ＦM）・ばね力（ＦS）との関係からなる推力特性を示す特性図である。
【図１５】図１に示す多軸電磁アクチュエータの回路構成図である。
【図１６】１行及び１列に配置された複数の可動鉄心をコイルによって囲繞するように構成した他の実施の形態に係る多軸電磁アクチュエータの説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…多軸電磁アクチュエータ            １２…本体部
１４…可動鉄心                          １６…アッパーヨーク
１８…ボトムヨーク                      ２０…プリント基板
２２…センタヨーク                      ２４…永久磁石
２８、２８ａ〜２８ｐ、４０ａ〜４０ｈ…コイル
３６…コイルスプリング                  ３８…凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2005055767.tif 000016
【図１５】
2005055767.tif 000017
【図１６】
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